Simulações atomísticas da polimixina B em membrana externas de bactérias gram-negativas susceptíveis ou resistentes: primeiros estágios do mecanismo de ação

Abstract

Pseudomona aeruginosa é uma bactéria Gram-negativa com ampla distribuíção em ambientes abióticos, e bióticos onde atuam com patógenos oportunistas causadores de morbidade e mortalidade. Sua ação infecciosa ocorre especialmente quando o hospedeiro exibe alguma deficiência imunológica. P. aeruginosa exibe resistência à um amplo espectro de antibióticos, e portanto a busca de novas drogas que preferencialmente minimizem ou impeçam o desenvolvimento de resistência bacteriana é uma necessidade imediata. As polimixinas são polipeptídios antimicrobianos catiônicos (CAP) sintetizados por várias cepas de bactérias gram-positivas da Bacillus polymyxa utilizados em casos de multirresistência por parte de microrganismos infecciosos. Embora as polimixinas sejam muito eficientes, estes compostos possuem efeitos colaterais severos associados a nefrotoxicidade e neurotoxicidade que limitam a sua aplicação no âmbito hospitalar. Nesta dissertação foi investigado o mecanismo molecular de ação do peptídio antimicrobiano Polimixina B em cepas susceptíveis ou resistentes de P. aeruginosa. Simulações de dinâmica molecular (DM) com modelos atomísticos foram realizadas para diferentes concentrações da molécula de Polimixina B em presença de diferentes quimiotipos da membrana externa da bactéria Gram-negativa P. aeruginosa. Os quimiotipos simulados foram lipídeo A, lipídeo A modificado pela adição do grupo 4-amino-4-deoxy-l-arabinose aos grupos fosfatos, e LPS Re nas formas penta- e hexaaciladas. Os modelos moleculares para os lipopolissacarídeos constituintes da membrana externa em bactérias Gram-negativas foram parametrizados e validados previamente no Grupo de Modelagem de BioMateriais. Devido a inexistência de uma estrutura tridimensional para a Polimixina B, diferentes protocolos de simulação foram comparados, e selecionados de acordo com capacidade de reproduzir os valores de acoplamento vicinal ³Jʜɴ,ʜ obtidos experimentalmente em solução por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). Os diferentes protocolos foram comparados em função do conjunto de parâmetros atômicos (GROMOS 54A7 versus GROMOS 53A6), tratamento eletrostático de longa distância (campo de reação versus particle-mesh Ewald), e método de amostragem (DM convencional versus DM acoplada à técnica de simulated annealing DM/SA). O protocolo combinando os parâmetros atômicos do GROMOS 54A7, campo de reação e amostragem via DM/AS resultou em valores de constante de acoplamento calculados com um RMSD médio de 0,86 Hz comparado aos valores experimentais. Este protocolo foi usado para as simulações de DM dos quimiotipos de LPS em presença da Polimixina B. Nos quimiotipos sem a adição de 4-amino-4-deoxy-l-arabinose foram observadas modificações estruturais nas bicamadas lipopolissacarídicas induzindo um aumento de até 40% na curvatura da membrana, aumento da espessura da bicamada e uma mobilidade dos contra-íons responsáveis pela manutenção da estrutura das mesmas 5 vezes maior que a apresentada pelos mesmos quimiotipos sem presença do antimicrobiano. Essas modificações não foram verificadas nos quimiotipos de LPS adicionados de 4-amino-4-deoxy-l-arabinose.